微生物的代谢调控理论及其在食品发酵中的应用.ppt

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1、第三章微生物的代谢调控理论及其在食品发酵中的应用微生物代谢调节的基本概念和相关的酶微生物的代谢调控作用代谢调控在食品发酵中的应用本章内容微生物代谢调节的基本概念和相关的酶第一节一、新陈代谢二、与代谢调节有关的酶一、新陈代谢新陈代谢：简称代谢，是营养物质在生物体内所经历的一切化学变化的总称。新陈代谢分解代谢(catabolism)合成代谢(anabolism)复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATP[H]++分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力的作用，即异化作用。合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分

2、子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程，即同化作用。同一种物质，其分解代谢和合成代谢途径一般是不相同的。他们并不是简单的可逆反应，而往往是通过不同的中间反应或不同的酶来实现的。这样可以使生物体增加体内化学反应的数量，并使其对代谢活动的调控具有更大的灵活性和应变能力。生物机体的分解代谢和合成代谢不只是采取不同的途径，甚至同一种物质的两种过程是在细胞的不同部位进行（蛋白质、核酸等）。按代谢产物在机体中作用不同分类初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活动所必需的代谢物的代谢类型；合成的产物称为初级代谢产物，包括：氨基酸、核苷酸等。次级代谢：在一定生长阶段出现非生命活动所必

3、需的代谢类型；合成的产物称为次级代谢产物，包括：抗生素、色素、激素、生物碱等。初级代谢产物和次级代谢产物的不同初级代谢产物次级代谢产物生长繁殖是否必需是否产生阶段始终产生生长到一定阶段后产生菌种特异性无有分布位置细胞内细胞内或细胞外种类氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等激素、毒素、色素、抗生素生物体内的新陈代谢是靠生物催化剂——酶来催化。酶是推动生物体内全部代谢活动的工具。由于酶作用的专一性，每一种化学反应都有特殊的酶参与反应。每种特殊的酶都有其调节机制。它们使错综复杂的新陈代谢过程成为高度协调的、高度整合在一起的化学反应网络。二、与代谢调节有关的酶1、同工酶能催化同一种化学反应，但

4、酶蛋白的分子结构不同的一组酶，存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织中，甚至是同一组织或细胞中。2、别构酶又称变构酶，具有变构作用（别构作用）的酶称为别构酶。迄今所有已知的别构酶都是寡聚酶，即含有两个或两个以上的亚基。特点：多亚基、两中心（活性中心、调节中心）。调节中心——结合调节因子或效应物。活性中心——结合底物。活性中心和调节中心是通过构象的变化而相互联系的。蛋白激酶A的激活3、多功能酶指在结构上只有一个多肽链，但具有两种或两种以上的催化活力或结合功能的蛋白质。第二节微生物的代谢调控作用一、诱导作用二、分解代谢物调节三、反馈调节四、能荷调节酶的调节酶合成的调节酶活性的调节微生物细

5、胞中的酶组成酶——细胞中始终存在的酶诱导酶——环境中某种物质诱导下产生的酶1、酶合成的调节：大肠杆菌对葡萄糖和乳糖的利用差异。基因处于打开状态基因有条件的表达2、酶活性的调节通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。代谢产物和酶结合，致使酶的结构发生改变。但这种变化是可逆的，当代谢产物和酶脱离后，酶结构就会复原，又恢复原有活性。意义：微生物细胞内一般不会积累大量的代谢产物。酶合成的调节和酶活性的调节的比较酶合成的调节酶活性的调节调节对象调节机制特点意义诱导酶的合成酶的活性对基因表达的调控以反馈的方式调节反应过程较慢快速、精细避免物质和能量的浪费避免代谢产物的积累一、诱导作用微生物在诱导

6、物的作用下，产生诱导酶从而实现对某些物质的分解和利用的现象称为诱导作用。乳糖操纵子模型。二、分解代谢物调节分解代谢物阻遏作用细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖。当培养基中有葡萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖生长，从而出现二次生长曲线。三、反馈调节反馈调节是指代谢过程的中间产物或终产物对代谢过程早期阶段的关键酶的反馈抑制作用。抑制酶的活性称为反馈抑制；抑制酶的合成称为反馈阻

7、遏。（一）反馈阻遏乳糖操纵子——酶合成的诱导色氨酸操纵子——酶合成的阻遏——通过辅阻遏物来进行调节（二）反馈抑制分类：——协同反馈抑制——合作反馈抑制——积累反馈抑制——顺序反馈抑制1、协同反馈抑制是指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。2、合作反馈抑制又称增效反馈抑制，是指两种末端产物同时存在时可以起到比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。90%3、积累反馈抑制每一分支途径末端产物按一定百分比单